制冷型红外焦平面探测器广泛的应用于航空航天、森林防火等军用和民用领域,其芯片的工作温度通常在77K以下,以减小探测器的暗电流,提高探测器组件的响应率和信噪比等性能指标。在探测器组件降温的过程中,由于杜瓦冷头相邻材料间线膨胀系数不一,将引起芯片发生较大的热应力,从而带来芯片盲元增加甚至裂片等问题。此外,当热应力引起的各材料之间的分离应力大于粘接胶的粘接力时,会导致冷头各材料间发生分离现象。通过Ansys有限元分析手段,研究了无过渡块、耳朵形过渡块和锥形过渡块三种不同的冷头结构,发现无过渡块时芯片受到的热应力最大,而锥形过渡块的结构,其芯片热应力最小。在此基础上,还研究发现了不同过渡块厚度对芯片热应力的影响规律:过渡块越厚,芯片热应力越小,但是减小的幅度随着过渡块厚度的增加越来越小。最后通过实际的杜瓦封装试验,验证了无过渡块和锥形过渡块两种冷头结构,以芯片盲元数量和Gpol-Vt1曲线两个指标作为芯片热应力大小的一个评价标准,从试验角度证明了过渡块具有减小芯片热应力的作用。此外,还分析了不同的冷头结构、不同的材料对过渡块与金属底片之间分离应力的影响。仿真结果表明,过渡块越厚,分离应力越大;使用L605薄壁管的冷头结构比TC4薄壁管的分离应力大;耳朵形的薄壁管结构分离应力比直筒形薄壁管的分离应力大。为了验证仿真分析结果,采用了直筒形TC4冷头结构和耳朵形L605冷头结构进行封装试验,通过多次液氮冲击试验证明直筒形TC4冷头结构的分离应力比耳朵形L605冷头结构的分离应力小。